Laadimise liitiumaku soojuskadude uurimise edusammud

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Dobavljač prijenosnih elektrana

Kokkuvõte: kokkuvõte kõrge turvalisusega liitiumioonakude uurimise viimastest edusammudest ja arendusväljavaadetest. Elektrolüütide ja elektroodide kõrge temperatuuri stabiilsuse tõttu on liitiumioonakude termilise ebastabiilsuse põhjused ja nende mehhanismid selgitanud, et olemasolev kaubanduslik liitiumioonakude süsteem ei ole kõrgel temperatuuril piisav, pakub välja kõrge temperatuuriga elektrolüütide väljatöötamise, positiivsed ja negatiivsed modifikatsioonid ning välise aku haldus jne. kõrge turvalisusega liitiumioonakude projekteerimiseks.

Ohutusliitiumioonakude väljatöötamise tehnilise väljavaate väljavaade. 0 Sissejuhatus Liitiumioonakudest saab oma madala hinna, suure jõudlusega, suure võimsusega ja rohelise keskkonna tõttu uut tüüpi energia tüüpiline esindaja, mida kasutatakse laialdaselt 3C digitaalsetes toodetes, mobiilsetes toiteallikates ja elektritööriistades. Viimastel aastatel on keskkonnasaaste intensiivistamise ja riiklike poliitiliste juhiste tõttu elektrisõidukitel põhinevate elektrisõidukite turg suurendanud nõudlust liitiumioonakude järele, suure võimsusega liitium-ioonakusüsteemide väljatöötamise käigus on aku ohutusega seotud küsimused pälvinud laialdast tähelepanu. Olemasolevad probleemid tuleb kiiresti edasi lahendada.

Akusüsteemi temperatuurimuutuse määravad soojuse tekkimine ja jaotatud kaks tegurit. Liitiumioonaku kuumuse teke on oluline termilise lagunemise ja aku materjali vahelise reaktsiooni tõttu. Vähendage akusüsteemi kuumust ja parandage kõrge temperatuuriga süsteemi jõudlust, akusüsteem on ohutu.

Ja väikesed kaasaskantavad seadmed, nagu mobiiltelefonid, sülearvuti aku mahutavus on tavaliselt alla 2AH ja elektrisõidukites kasutatava liitiumioonaku võimsus on tavaliselt suurem kui 10h ja kohalik temperatuur on normaalse töö ajal sageli kõrgem kui 55 °C ning sisetemperatuur jõuab 300 °C-ni. Kõrge temperatuuri või suure kiirusega laadimis- ja tühjenemistingimuste korral põhjustab lõpuks orgaanilise reaktsiooni temperatuuri tõusu, kuumuse ja leekide väljavoolu. juhtimine ja aku põlemine või plahvatus [3]. Lisaks keemilistele reaktsiooniteguritele on mõnel inimesel lühis, mis on põhjustatud ülekuumenemisest, möödasõidust ja mehaanilisest mõjust, mõned kunstlikud tegurid võivad põhjustada ka liitiumioonaku, mis põhjustab ohutusõnnetusi. Seetõttu on oluline uurida ja parandada liitiumioonakude kõrge temperatuuri jõudlust.

1 Liitium-ioonaku termilise kontrolli alt väljumise põhjuse analüüs on oluline, kuna aku sisetemperatuur tõuseb. Praegu on kaubanduslikes liitiumioonakudes kõige laialdasemalt kasutatav elektrolüütide süsteem LiPF6 karbonaadi segalahus. Sellisel lahustil on kõrge lenduvus, madal leekpunkt, väga lihtne põleda.

Kui sisemine lühis on põhjustatud kokkupõrke või deformeerunud, suure kiirusega laadimise ja heakskiidu ja möödasõit, siis on palju kuumust, mille tulemusena tõuseb aku temperatuur. Teatud temperatuuri saavutamisel hävitavad mitmed lagunemisreaktsioonid aku soojusliku tasakaalu. Kui nende keemiliste reaktsioonide käigus eralduvat soojust ei saa õigeaegselt eemaldada, süvendab see reaktsiooni kulgu ja käivitab rea isekuumenevaid kõrvalreaktsioone.

Aku temperatuur tõuseb järsult, see tähendab "termiline kontrolli alt väljas", mis viib lõpuks aku põlemiseni ja isegi plahvatus toimub tõsiselt. Üldiselt on liitiumioonaku termilise kontrolli alt väljumise põhjus oluline elektrolüüdi termilise ebastabiilsuse, samuti elektrolüüdi termilise ebastabiilsuse ning positiivse ja negatiivse elektroodi kooseksisteerimisel. Praegusel ajal on liitium-ioonakude ohutus välise juhtimise ja sisemise disaini tõttu oluline, et kontrollida sisetemperatuuri, pinget ja õhurõhku, et saavutada ohutus.

2 Lahendage termilise kontrolli alt väljumise strateegia 2. Väline haldus 1) PTC (positiivne temperatuurikoefitsient) komponent: Paigaldage PTC komponent liitiumioonakusse, mis arvestab aku sees olevat rõhku ja temperatuuri ning kui aku soojendatakse ülelaadimisega, on aku 10. Takistus suureneb voolu piiramiseks ning pinge positiivse ja negatiivse pooluse vahel vähendatakse ohutu pingeni, et realiseerida aku automaatne kaitsefunktsioon. 2) Plahvatuskindel ventiil: kui aku on ebanormaalsuse tõttu liiga suur, deformeerub plahvatuskindel klapp, mis asetatakse ühendatava aku sisse, lõpetage laadimine.

3) Elektroonika: 2–4 akut võivad täiendada elektroonilise vooluringi liitiumioonkaitset, vältida ülelaadimist ja tühjenemist, vältida ohutusõnnetusi ja pikendada aku kasutusiga. Loomulikult on neil välistel juhtimismeetoditel teatud mõju, kuid need lisaseadmed on lisanud aku keerukust ja tootmiskulusid ning need ei suuda aku ohutuse probleemi täielikult lahendada. Seetõttu on vaja luua sisemise ohutuse kaitsemehhanism.

2.2 Elektrolüüdi elektrolüüdi elektrolüüdi kui liitiumioonaku täiustamisel määrab elektrolüüdi olemus otseselt aku jõudluse, aku mahutavuse, töötemperatuuri vahemiku, tsükli jõudluse ja ohutusnäitajad. Praegu on kaubanduslikes liitium-ioonaku elektrolüütiliste lahendussüsteemides kõige laialdasemalt kasutatav koostis LIPF6, vinüülkarbonaat ja lineaarne karbonaat.

Esiosa on asendamatu koostisosa ja nende kasutamisel on aku jõudluse osas ka mõningaid piiranguid. Samal ajal kasutatakse elektrolüüdis suures koguses madala keemistemperatuuriga madala leekpunktiga karbonaatlahustit, mis on madalamal temperatuuril. Välklamp, on suur ohutusoht.

Seetõttu püüavad paljud teadlased parandada elektrolüütide süsteemi, et parandada elektrolüütide ohutust. Juhul, kui aku põhimaterjal (sh elektroodi materjal, membraani materjal, elektrolüüdi materjal) lühikese aja jooksul ei muutu, on elektrolüüdi stabiilsus oluline viis liitiumioonakude ohutuse suurendamiseks. 2.

2.1 Funktsionaalsed lisandid Funktsionaalsete lisanditega lisanditel on väiksem annus, sihipärane funktsioon. See tähendab, et see võib märkimisväärselt parandada aku teatud makroskoopilist jõudlust ilma tootmisprotsessi muutmata, muutmata või oluliselt kasutamata aku uusi kulusid.

Seetõttu on funktsioonilisanditest saanud tänapäeva liitium-ioonaku kuum koht, mis on üks paljutõotavamaid viise, mis on praegu liitium-ioonaku elektrolüüdi kõige lootustandvam patogeenne lahendus. Lisandi põhikasutus seisneb selles, et aku temperatuur ei tõuseks liiga kõrgele ja aku pinge piirdub kontrollvahemikuga. Seetõttu arvestatakse lisandi konstruktsiooni ka temperatuuri ja laadimispotentsiaali vaatenurgast.

Leegiaeglustav lisand: Leegiaeglustava lisandi võib jagada ka orgaanilisteks fosfori leegiaeglustavateks lisanditeks, lämmastikku sisaldavaks leegiaeglustavaks lisandiks, ränipõhiseks leegiaeglustavaks lisandiks ja komposiitleegiaeglustavaks lisandiks. 5 olulist kategooriat. Orgaaniline fosforirakkude leegiaeglusti: oluline on mõned alküülfosfaadid, alküülfosfiidid, fluoritud fosfaadid ja fosfaatnitriili ühendid.

Leegiaeglustav mehhanism on oluline vesiniku vabu radikaale segavate leegiaeglustavate molekulide ahelreaktsioonis, mida tuntakse ka vabade radikaalide püüdmise mehhanismina. Lisanduv gaasistamise lagunemine vabastab fosforit sisaldavad vabad radikaalid, vabade radikaalide võime lõpetada ahelreaktsioon. Fosfaadi leegiaeglustaja: oluline fosfaat, trietüülfosfaat (TEP), tributüülfosfaat (TBP) jne.

Fosfaatnitriili ühend, nagu heksametüülfosfaseen (HMPN), alküülfosfit, nagu trimetüülfosfit (TMPI), 3-(2,2,2-trifluoroetüül), fosfit (TT-FP), fluoritud happe ester, nagu 3-(2,2,2-trifluoroetüül) (TFP) di-(2,2,2-trifluoroetüül)-metüülfosfaat (BMP) , (2,2,2-trifluoroetüül) - dietüülfosfaat (TDP), fenüülfosfaat (DPOF) jne. on hea leegiaeglustav lisand. Fosfaadil on tavaliselt suhteliselt suur viskoossus, halb elektrokeemiline stabiilsus ning leegiaeglusti lisamine mõjutab negatiivselt ka elektrolüüdi ioonjuhtivust ja elektrolüüdi tsirkulatsiooni pöörduvust, suurendades samal ajal elektrolüüdi murdumisvõimet.

See on üldiselt: 1 uute alküülrühmade süsinikusisaldus; 2 aromaatse (fenüül)rühma fragmendiga asendatud alküülrühma; 3 moodustavad tsüklilise struktuuriga fosfaadi. Orgaaniline halogeenitud materjal (halogeenitud lahusti): orgaaniline halogeenne leegiaeglusti on gripi-gripi puhul oluline. Pärast H asendamist F-ga on muutunud selle füüsikalised omadused, nagu sulamistemperatuuri langus, viskoossuse vähenemine, keemilise ja elektrokeemilise stabiilsuse paranemine jne.

Orgaaniline halogeenne leegiaeglusti on oluline fluorotsükliliste karbonaatide, fluoroahela karbonaatide ja alküülperfluorodekaaneetri jms jaoks. OHMI ja teised võrdlevad fluoroetüüleeter, fluoriidi sisaldavad fluoriidiühendid näitasid, et 33,3% (mahuosa) lisamine 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (mahusuhe 1: 1: 1) elektrolüüdil on kõrgem leekpunkt, redutseerimispotentsiaal on kõrgem kui orgaanilistel lahustitel EC, DEC ja PC, mis võivad loodusliku grafiidi pinnale kiiresti moodustada SEI-kile, parandada Culleni tõhusust ja tühjenemist. Fluoriidil endal ei ole ülalkirjeldatud leegiaeglusti vabade radikaalide püüdmise funktsiooni kasutamist, vaid suure lenduvate ja kergestisüttivate kaaslahustite lahjendamiseks, seega on ainult mahusuhe elektrolüüdis enamasti (70%) Kui elektrolüüt ei ole tuleohtlik. Komposiit leegiaeglusti: praegu elektrolüüdis kasutatav komposiit leegiaeglusti sisaldab PF-ühendit ja NP-klassi ühendit, tüüpilistel ainetel on oluline heksametüülfosforiid (HMPA), fluorofosfaat jne.

Leegiaeglustaja avaldab leegiaeglustavat toimet kahe leegiaeglustava elemendi sünergilise kasutamisega. FEI et al. Pakutakse välja kaks NP leegiaeglustit MEEP ja MEE ning selle molekulaarne valem on näidatud joonisel 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, võib elektrolüüt vähendada süttivust 90% ja juhtivus võib ulatuda 2,5 × 10-3S / cm. 2) Ülelaetud lisand: liitiumioonaku ülelaadimisel toimub rida reaktsioone.

Elektrolüüdi komponent (oluline on lahusti), mis mõjutab positiivse elektroodi pinnal oksüdatiivsete lagunemisreaktsioonide pinda, tekib gaas ja eraldub soojushulk, mille tulemusena suureneb aku siserõhk ja temperatuur tõuseb ning aku ohutus on tõsiselt kahjustatud. Eesmärgi mehhanismist lähtuvalt on ümbriskaitselisand oluline oksüdatiivse eemaldamise tüübi ja kahte tüüpi elektrilise polümerisatsiooni tüübi jaoks. Söödalisandi tüübi järgi võib selle jagada liitiumhalogeniidiks, metallotseeniühendiks.

Kui laadimispinge ületab normaalset väljalülituspinget, siis praegu on põhimõte, et kui laadimispinge ületab normaalset väljalülituspinget, kasutatakse ülelaadimisvastastel lisanditel täiendavat täiendavat täiendavat adapraasi (BP) ja tsükloheksüülbenseeni (CHB), lisand algab positiivsest elektroodist. Oksüdatsioonireaktsioon, oksüdatsiooniprodukt hajub negatiivsele elektroodile ja toimub redutseerimisreaktsioon. Oksüdatsioon on suletud positiivse ja negatiivse pooluse vahel, neelavad liigse laengu.

Selle tüüpilistel ainetel on ferrotseen ja selle derivaat, ferriid-2,2-püridiin ja 1,10-külgneva glenoliini kompleks, tioolderivaat. Polümerisatsiooniploki täitevastane lisand. Tüüpilised ained on tsükloheksüülbenseen, bifenüül ja muud ained.

Kui bifenüüli kasutatakse eellaetud lisandina, siis kui pinge jõuab 4,5–4,7 V, polümeriseerub lisatud bifenüül elektrokeemiliselt, moodustades positiivse elektroodi pinnale juhtiva kile kihi, suurendades aku sisemist takistust, piirates sellega laadimisvoolu kaitseaku.

2.2.2 Iooniline vedel ioon vedel elektrolüüt koosneb täielikult yinist ja katioonist.

Kuna vaheioonid või katioonide mahud on nõrgad, on vaheühend nõrk, elektronide jaotus on ebaühtlane ja oan-tsensoon võib vabalt liikuda toatemperatuuril, mis on vedel. Seda saab jagada imidasooliks, pürasooliks, püridiiniks, kvaternaarseks ammooniumisoolaks jne. Võrreldes liitiumioonakude tavalise orgaanilise lahustiga on ioonvedelikel 5 eelist: 1 kõrge termiline stabiilsus, 200 ° C ei suuda laguneda; 2 aururõhk on peaaegu 0, aku pärast ei pea muretsema; 3 ioonset vedelikku ei ole kerge põletada. Ei ole söövitav; 4 on kõrge elektrijuhtivusega; 5 keemiline või elektrokeemiline stabiilsus on hea.

AN või muu sarnane moodustab PP13TFSI ja 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) elektrolüüdiks, mis võib saavutada täiesti kütuseväliseid efekte, ja lisab sellesse süsteemi 2 massiprotsenti liboB lisandit, et oluliselt parandada liidese ühilduvust. Ainus probleem, mis vajab lahendamist, on iooni juhtivus elektrolüüdisüsteemis. 2.

2.3 Liitiumsoola termilise stabiilsuse valimine heksafluorofosfaat (LiPF6) on laialdaselt kasutatav elektrolüüdi liitiumisool tarbekaupade liitiumioonakudes. Kuigi selle üksik iseloom ei ole optimaalne, on selle üldine jõudlus kõige soodsam.

Kuid LiPF6-l on ka oma miinus, näiteks LiPF6 on keemiline ja termodünaamiliselt ebastabiilne ning reaktsioon toimub: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), reaktsioonil tekkiv PF5 on lihtne rünnata hapnikuaatomis sisalduvat orgaanilist lahustit Üksildane elektronidele, mille tulemuseks on avatud ahela polümerisatsioon ja see reaktsioon on eriti tõsine lahusti kõrgel temperatuuril. Praegused kõrgtemperatuuriliste elektrolüütide soolade uuringud on koondunud orgaanilistele liitiumsoolaväljadele. Tüüpilised ained on olulised booripõhiste soolade, imiinipõhiste liitiumisoolade puhul.

LIB (C2O4) 2 (liboB) on viimastel aastatel äsja sünteesitud elektrolüüdisool. Sellel on palju suurepäraseid omadusi, lagunemistemperatuur 302 ° C, võib negatiivses elektroodis moodustada stabiilse SEI-kile. Parandage grafiidi jõudlust PC-põhises elektrolüütilises lahuses, kuid selle viskoossus on suur, moodustub SEI-kile takistus [14].

LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) lagunemistemperatuur on 360 ° C ja ioonide juhtivus tavatemperatuuril on veidi madalam kui LiPF6. Elektrokeemiline stabiilsus on hea ja oksüdatsioonipotentsiaal on umbes 5,0 V, mis on kõige orgaanilisem liitiumisool, kuid see põhjustab Al-aluse vedeliku tõsist korrosiooni.

2.2.4 Polümeerelektrolüüt Paljud tarbekaubad liitiumioonakud kasutavad tuleohtlikke ja lenduvaid karbonaatlahusteid, kui leke võib põhjustada tulekahju.

See on eriti võimas suure võimsusega ja suure energiatihedusega liitiumioonaku. Selle asemel, et kasutada tuleohtlike orgaaniliste vedelate elektrolüütide asemel hoolimatuid polümeerelektrolüüte, võib see oluliselt parandada liitiumioonakude ohutust. Polümeerelektrolüütide, eriti geel-tüüpi polümeerelektrolüütide uurimine on teinud suuri edusamme.

Praegu on seda edukalt kasutatud kaubanduslikes liitium-ioonakudes. Polümeerkehade klassifikatsiooni järgi on geelpolümeerelektrolüüt oluline järgmises kolmes kategoorias: PAN-põhine polümeerelektrolüüt, PMMA polümeerelektrolüüt, PVDF-põhine polümeerelektrolüüt. Kuid geel-tüüpi polümeeri elektrolüüt on tegelikult kuiva polümeeri elektrolüüdi ja vedela elektrolüüdi kompromissi tulemus ning geel-tüüpi polümeerakudel on veel palju tööd teha.

2.3 Positiivne materjal võib määrata, et positiivse elektroodi materjal on ebastabiilne, kui laadimispinge on üle 4 V, ja hapniku lagunemiseks on lihtne tekitada kõrgel temperatuuril lahustunud soojust, hapnik ja orgaanilised lahustid reageerivad jätkuvalt suurel hulgal soojust ja muid gaase, mis vähendab aku ohutust [2, 17-19]. Seetõttu peetakse positiivse elektroodi ja elektrolüüdi reaktsiooni oluliseks kuumuse põhjustajaks.

Tavalise materjali osas parandage selle ohutuse tavapärast meetodit katte muutmine. Positiivse elektroodi materjali pinna katmiseks MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2 jne võib vähendada Die +-tagumise positiivse ja elektrolüüdi reaktsiooni, vähendades samal ajal positiivse elektroodi kromatograafiat, inhibeerides positiivse elektroodi aine faasimuutust.

Parandage selle struktuurset stabiilsust, vähendage katiooni häirekindlust võres, vähendades seeläbi tsirkulatsiooniprotsessi sekundaarset reaktsiooni. 2.4 Süsinikmaterjalil on praegu väike eripind, suurem laadimis- ja tühjendusplatvorm, väike laadimis- ja tühjendusplatvorm, suhteliselt kõrge termiline stabiilsus, suhteliselt hea termiline seisund, suhteliselt kõrge termostabiilsus, suhteliselt kõrge termostabiilsus ja suhteliselt kõrge termostabiilsus.

Näiteks keskmise faasi süsiniku mikrosfäärid (MCMB) või spinelli struktuuriga Li9Ti5o12, mis on parem kui lamineeritud grafiidi struktuurne stabiilsus [20]. Praegune süsinikmaterjali jõudluse parandamise meetod on oluline pinnatöötluseks (pinna oksüdeerimine, pinna halogeenimine, süsiniku katmine, metalli katmine, metallioksiid, polümeerkate) või metalli või mittemetallilise dopingu sisseviimisel. 2.

5 Praegu kaubanduslikes liitiumioonakudes kasutatav diafragma on endiselt polüolefiinmaterjal ja selle olulised puudused on kuumus ja elektrolüütilise vedeliku halb infiltratsioon. Nendest defektidest ülesaamiseks on teadlased proovinud mitmeid viise, näiteks otsinud termilise stabiilsusega materjale või lisanud väikese koguse Al2O3 või SiO2 nanopowdia, millel pole mitte ainult ühine diafragma, vaid ka positiivse elektroodi materjali termiline stabiilsus. kasutada.

MIAO jt, polüimiid-nano lausriide valmistamine, mis on valmistatud elektrostaatilise ketrusmeetodi abil. DR- ja TGA-sarnased iseloomustusvahendid näitavad, et see ei suuda mitte ainult säilitada termilist stabiilsust temperatuuril 500 °C, vaid sellel on ka parem elektrolüütide infiltratsioon võrreldes CELGARDi membraaniga. WANG jt valmistasid AL2O3-PVDF nanoskoopilise mikropoorse membraani, millel on head elektrokeemilised omadused ja termiline stabiilsus, mis rahuldab liitium-ioonaku eraldajate kasutamist.

3 Kokkuvõte ja ootan elektrisõidukite ja energiasalvestite liitiumioonakusid, mis on palju suuremad kui väikesed elektroonikaseadmed ja kasutuskeskkond on keerulisem. Kokkuvõttes näeme, et selle turvalisus pole kaugeltki lahenenud ja sellest on saanud praegune tehniline kitsaskoht. Edasine töö peaks olema põhjalik soojusefektiga, mida aku võib pärast ebanormaalset töötamist põhjustada, ja leida tõhus viis liitiumioonaku ohutust parandamiseks.

Praegu on fluori sisaldavate lahustite ja leegiaeglustavate lisandite kasutamine ohutu tüüpi liitiumioonaku väljatöötamisel oluline suund. Elektrokeemilise jõudluse ja kõrge temperatuuri ohutuse tasakaalustamine on tulevaste uuringute keskmes. Näiteks töötatakse välja suure jõudlusega komposiit leegiaeglusti integreeritud integreeritud komplekt P, N, F ja CL ning töötatakse välja kõrge keemistemperatuuriga orgaaniline lahusti, kõrge leekpunkt ja toodetakse kõrge ohutusvõimega elektrolüütiline lahus.

Tuleviku arengusuundadeks saavad ka komposiit leegiaeglustid, kahe funktsiooniga lisandid. Seoses liitiumioonaku elektroodi materjaliga on materjali pinna keemilised omadused erinevad, elektroodi materjali tundlikkuse aste laadimis- ja tühjenemispotentsiaali suhtes on ebaühtlane ning kogu aku konstruktsioonilahenduses ei saa kasutada ühte või piiratud mitut elektroodi / elektrolüüti / lisandeid. Seetõttu peaksime tulevikus keskenduma erinevate akusüsteemide arendamisele konkreetsete elektroodimaterjalide jaoks.

Samal ajal töötab ta välja ka kõrge turvalisusega polümeeri liitium-ioonakusüsteemi või anorgaanilise tahke elektrolüüdi väljatöötamist, millel on üks katioon juhtiv ja kiire ioonide transport ning kõrge termostabiilsus. Lisaks on tulevaste uuringute oluline osa ka ioonvedelike jõudluse parandamine, lihtsate ja odavate sünteetiliste süsteemide väljatöötamine.